Каталитични реакции: примери. Хомогенна и хетерогенна катализа

Химията е науката за веществата и техните трансформации, както и начините за тяхното получаване. Дори в обикновената учебна програма се обмисля важен въпрос, като видовете реакции. Класификация, с които се въвеждат студенти на основното ниво, отчита промяната на фаза поток на окисление, така че механизмът на процеса. D. Освен това, всички химични процеси са разделени в каталитични и не-каталитични реакции. Примерите за трансформации, които се появяват с участието на катализатор, се намират в обикновения живот: ферментация, гниене. Некатализните трансформации са много по-рядко срещани.

Какво представлява катализаторът?

Това е химикал, който може да промени скоростта на взаимодействие, но не участва в него. В случая, когато катализаторът ускорява процеса, става въпрос за положителна катализа. В случай, че веществото, добавено към процеса, намалява скоростта на реакцията, той се нарича инхибитор.

Видове катализа

Хомогенната и хетерогенна катализа се различава във фазата, в която се намират изходните материали. Ако първоначалните компоненти, взети за взаимодействия, включително катализаторът, са в едно и също агрегатно състояние, протича хомогенна катализа. В случая, когато участват различни реагенти в реакцията, се получава хетерогенна катализа.

Селективност на действието

Катализата не е просто средство за увеличаване на производителността на оборудването, но също така влияе положително върху качеството на получените продукти. Възможно е този феномен да се обясни с факта, че поради селективното действие на повечето катализатори се ускорява директната реакция, страничните процеси се намаляват. В крайна сметка, получените продукти са с висока чистота, няма нужда от по-нататъшно пречистване на веществата. Селективността на действието на катализатора дава реално намаляване на непроизводствените разходи на суровините, което е добра икономическа полза.

Предимства при използването на катализатора при производството

Какво друго са каталитичните реакции? Примерите, разглеждани в обикновеното средно училище, показват, че използването на катализатора позволява процесът да се извършва при по-ниски температури. Експериментите потвърждават, че тя може да се използва за значително намаляване на разходите за енергия. Това е особено важно в съвременните условия, когато има недостиг на енергийни ресурси в света.

Примери за каталитични производства

Коя индустрия използва каталитични реакции? Примери за такива производства: производството на азотни и сярни киселини, водород, амоняк, полимери, рафиниране на нефт. Катализата се използва широко при производството на органични киселини, монохидрични и многовалентни алкохоли, фенол, синтетични смоли, бои, лекарства.

Какъв е катализаторът?

Катализаторите могат да служат много вещества, присъстващи в периодичната система на химичните елементи Дмитрий Менделеев, и техните съединения. Сред най-често срещаните ускорители са: никел, желязо, платина, кобалт, алуминосиликати, манганови оксиди.

Катализаторни характеристики

В допълнение към селективното действие, катализаторите имат отлична механична якост, те могат да издържат на каталитични отрови, лесно се възстановяват (възстановяват).

На каталитично фазово състояние хомогенни реакции се разделят на газова фаза и течна фаза.

Нека разгледаме тези видове реакции по-подробно. В разтвори на химически ускорител превръщане стърчат водородни катиони H +, основа хидроксилни йони ОН-, метални катиони, М +, и вещества, които подпомагат образуването на свободни радикали.

Същността на катализа

Механизмът на катализ в взаимодействието на киселини и основи е, че съществува взаимодействие между взаимодействащите вещества и катализатора с положителни йони (протони). Настъпват интрамускулни трансформации. Този тип реакция е:

• дехидратация (отделяне на вода);
• хидратация (добавяне на водни молекули);
• естерификация (образуване на естер от алкохоли и карбоксилни киселини);
• поликондензация (образуване на полимер с елиминиране на водата).

Теорията за катализата обяснява не само самия процес, но и възможни странични трансформации. В случай на хетерогенен процес на катализа образува отделна фаза ускорител, има някои каталитични свойства на повърхността точките на реагентите или цялата повърхност се включат.

Съществува и микрохетерогенен процес, който включва намирането на катализатора в колоидно състояние. Този вариант е състояние на преход от хомогенна към хетерогенна катализа. Повечето от тези процеси протичат между газообразни вещества, използващи твърди катализатори. Те могат да бъдат под формата на гранули, таблетки, зърна.

Разпространението на катализата в природата

Ензимната катализа е широко разпространена природа. С помощта на биокатализатори се синтезират протеиновите молекули, метаболизмът се осъществява в живи организми. Никой биологичен процес, който се осъществява с участието на живи организми, не заобикаля каталитичните реакции. Примери за жизненоважни процеси: синтеза на аминокиселини от протеини, специфични за организма - разцепване на мазнини, протеини, въглехидрати.

Алгоритъмът на катализата

Помислете за механизма на катализ. Този процес, който протича върху порести твърди ускорители на химичното взаимодействие, включва няколко елементарни етапа:

• дифузия на взаимодействащи вещества на повърхността на зърна от катализатора от ядрото на потока;
• дифузия на реагентите в порите на катализатора;
• химизирана дисперсия (активирана адсорбция) на повърхността на ускорителя на химическата реакция с появата на химически повърхностни вещества - активирани комплекси "катализатор-реагент";
• пренареждането на атоми с появата на повърхностни комбинации катализатор-продукт;
• дифузия в порите на ускорителя за реакция на продукта;
• дифузия на продукта от повърхността на зърното на реактора ускорител в сърцевината на потока.

Каталитичните и некаталистичните реакции са толкова важни, че учените в продължение на много години продължават да извършват изследвания в тази област.

При хомогенна катализа, няма нужда да се конструират специални структури. Ензимната катализа в хетерогенната версия включва използването на разнообразие от специфично оборудване. От своя поток разработени специални контактни устройства, разделени върху контактната повърхност (в тръбите, по стените на катализатора очи) - претеглят с филтъра sloem- sloem- пулверизира с движеща катализатор.

Топлопредаването в устройствата се осъществява по различни начини:

• чрез използване на външни (външни) топлообменници;
• с помощта на топлообменници, вградени в контактното устройство.

Анализ на формулата на химия, могат да бъдат намерени такива реакции, в които катализатор действа като един от крайните продукти, които се образуват по време на химическата взаимодействието на изходните компоненти.

Такива процеси обикновено се наричат ​​автокаталитични, феноменът на химията се нарича автокатализация.

Скоростта на много взаимодействия е свързана с наличието на определени вещества в реакционната смес. Техните формули в химията най-често се пренебрегват, заменени от думата "катализатор" или неговата съкратена версия. Те не са включени в крайното стереохимично уравнение, тъй като те не се променят от количествена гледна точка след завършване на взаимодействието. В някои случаи малките количества вещества са достатъчни, за да повлияят значително на скоростта на процеса. Допуска се и такива ситуации, когато самият реакционен съд действа като ускорител на химическото взаимодействие.

Същността на ефекта на катализатора върху промяната в скоростта на химичния процес е, че това вещество е включено в активния комплекс и поради това се променя активираща енергия химично взаимодействие.

По време на разпада на този комплекс се наблюдава регенериране на катализатора. Долната линия е, че няма да бъде изразходвана, ще остане в същата сума след края на взаимодействието. Поради тази причина незначително количество от активното вещество е достатъчно за реакцията със субстрата (реагиращото вещество). В действителност, малки количества катализатори при извършването химични процеси все пак се изразходват, тъй като са възможни различни странични процеси: отравянето, технологичните загуби, промяната на състоянието на повърхността на твърдия катализатор. Формулите за химията не предполагат отчитане на катализатора.

заключение

Реакциите, в които участва активното вещество (катализаторът), обкръжават човека, освен това те се появяват и в тялото му. Хомогенните реакции са много по-редки от хетерогенните взаимодействия. Във всеки случай, първият образуването на междинни комплекси, които са нестабилни, постепенно разграждат и има регенерация (възстановяване) на газта на химически процес. Например, при взаимодействието на метафосфорната киселина с калиев персулфат, йодна безводна киселина действа като катализатор. Когато се прибавя към реагентите, се образува жълт разтвор. Докато се приближавате към края на процеса, цветът постепенно изчезва. Йодът действа като междинен продукт в този случай и процесът се осъществява на два етапа. Но веднага щом се синтезира метафосфорната киселина, катализаторът се връща в първоначалното си състояние. Катализаторите са незаменими в индустрията, те спомагат за ускоряване на трансформацията, получават качествени реакционни продукти. Невъзможно без тяхното участие и биохимични процеси в нашето тяло.